(57)【要約】【課題】半導体装置などの発熱体を、より確実に、冷却し得る冷却装置を提供する。【解決手段】半導体装置１に熱結合されて、内部に冷媒液を導き蒸発を行う蒸発器２と、この蒸発器２からの冷媒蒸気を導くとともに放熱用ファン装置３により冷却されて凝縮を行う凝縮器４と、この凝縮器４にて凝縮された冷媒液を蒸発器２に移送する第１冷媒移送管５と、蒸発器２にて蒸発された冷媒蒸気を凝縮器４に移送する第２冷媒移送管６と、第１冷媒移送管５の途中に設けられて冷媒液を凝縮器４から蒸発器２に移送するための冷媒ポンプ７とを具備し、且つ第１冷媒移送管６の途中に冷媒ポンプ７をバイパスする冷媒バイパス管８を設けるとともに、この冷媒バイパス管８の途中に、冷媒ポンプ７の異常が検出された場合に、制御器１２により開状態にされる電磁開閉弁９を設けたものである。【選択図】      図１
2005019906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体に熱結合されて冷媒に吸熱させる吸熱器と、この吸熱器にて吸熱を行った冷媒を導き放熱させる放熱器と、この放熱器にて放熱が行われた冷媒を上記吸熱器に移送する第１冷媒移送管と、上記吸熱器からの冷媒を上記放熱器に移送する第２冷媒移送管と、上記第１冷媒移送管の途中に設けられた冷媒ポンプとを具備した冷却装置であって、
上記第１冷媒移送管の冷媒ポンプをバイパスする冷媒バイパス管を設けるとともに、この冷媒バイパス管の途中に開閉弁を設けたことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
冷媒ポンプの異常を検出する異常検出手段を設けるとともに、この異常検出手段からのポンプ異常検出信号に基づき、冷媒バイパス管の開閉弁を開状態にさせる制御手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
少なくとも、第１冷媒移送管および冷媒バイパス管にヒートパイプ機能を具備させたことを特徴とする請求項１または２に記載の冷却装置。
【請求項４】
発熱体に熱結合されて冷媒に吸熱させる吸熱器と、この吸熱器にて吸熱を行った冷媒を導き放熱させる放熱器と、この放熱器にて放熱が行われた冷媒を上記吸熱器に移送する第１冷媒移送管と、上記吸熱器からの冷媒を上記放熱器に移送する第２冷媒移送管と、上記第１冷媒移送管の途中に設けられた冷媒ポンプと、上記第１冷媒移送管に設けられた冷媒ポンプをバイパスする冷媒バイパス管と、この冷媒バイパス管の途中に設けられた開閉弁とが具備された冷却装置の運転方法であって、
上記冷媒ポンプが故障した際に、上記開閉弁を開き、吸熱器、放熱器並びにこれらの間に設けられた少なくとも第１冷媒移送管および冷媒バイパス管により得られるヒートパイプ機能を用いて冷却を続けることを特徴とする冷却装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンピュータシステムにおける発熱体、例えばマイクロプロセッサなどの半導体装置を冷却するための冷却装置およびその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ，ＭＰＵ）などの半導体装置（半導体素子ともいう）の集積度が極めて高くなり、それに伴い発熱量が増大し、このため、半導体装置には冷却装置が具備されている。
【０００３】
ところで、この種の冷却装置としては、半導体装置の表面に放熱板を単に張り付けただけのものもあるが、より積極的に且つ大量の熱を放熱するために冷媒を使用したものがある。
【０００４】
従来、この冷媒を使用した冷却装置としては、図２に示すように、基板上に配置された半導体装置２１の表面に取り付けられるとともに内部に冷媒液を導き蒸発を行う蒸発室が形成された蒸発器２２と、この蒸発器２２からの冷媒蒸気（実際には、気液二相流である）を凝縮室に導き具備された放熱用ファン装置２３により冷却されて凝縮を行う凝縮器２４と、この凝縮器２４にて凝縮された冷媒液を上記蒸発器２２に移送する第１冷媒移送管２５と、上記蒸発器２２にて蒸発された冷媒蒸気を上記凝縮器２４に移送する第２冷媒移送管２６と、上記第１冷媒移送管２５の途中に設けられて冷媒液を凝縮器２４から蒸発器２２に移送するための冷媒ポンプ２７とから構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
そして、この冷却装置において、凝縮器２４から蒸発器２２に冷媒液が移送され、ここで半導体装置２１にて発生した熱により冷媒液が気化されて冷媒蒸気となる。すなわち、冷媒の蒸発潜熱により半導体装置２１が冷却される。
【０００６】
蒸発器２２にて発生した冷媒蒸気は凝縮器２４に導かれ、ここで放熱用ファン装置２３により冷却されて凝縮し、再び蒸発器２２に移送されることになる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−２１９７５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の冷却装置の構成によると、第１冷媒移送管２５に設けられている冷媒ポンプ２７は一台であり、この冷媒ポンプ２７が故障した場合、蒸発器２２には冷媒が移送されなくなり、半導体装置２１が冷却されず異常動作を引き起こしたり、または動作が停止してしまう。この冷却装置が大型コンピュータシステムにおけるサーバの半導体装置用として設けられている場合には、システム停止の被害が甚大なものとなり、したがって半導体装置の冷却が確実に行われることが望まれている。
【０００９】
そこで、本発明は、半導体装置などの発熱体を、より確実に、冷却し得る冷却装置およびその運転方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る冷却装置は、発熱体に熱結合されて冷媒に吸熱させる吸熱器と、この吸熱器にて吸熱を行った冷媒を導き放熱させる放熱器と、この放熱器にて放熱が行われた冷媒を上記吸熱器に移送する第１冷媒移送管と、上記吸熱器からの冷媒を上記放熱器に移送する第２冷媒移送管と、上記第１冷媒移送管の途中に設けられた冷媒ポンプとを具備した冷却装置であって、
上記第１冷媒移送管の冷媒ポンプをバイパスする冷媒バイパス管を設けるとともに、この冷媒バイパス管の途中に開閉弁を設けたものである。
【００１１】
また、請求項２に係る冷却装置は、請求項１に記載の冷却装置において、冷媒ポンプの異常を検出する異常検出手段を設けるとともに、この異常検出手段からのポンプ異常検出信号に基づき、冷媒バイパス管の開閉弁を開状態にさせる制御手段を設けたものである。
【００１２】
また、請求項３に係る冷却装置は、請求項１または２に記載の冷却装置において、少なくとも、第１冷媒移送管および冷媒バイパス管にヒートパイプ機能を具備させたものである。
【００１３】
上記の各構成によると、吸熱器に熱結合された発熱体を、当該吸熱器と放熱器との間で冷媒を循環させて冷却する際に、放熱器からの冷媒を吸熱器に移送する第１冷媒移送管に設けられた冷媒ポンプをバイパスするとともに途中に開閉弁が設けられた冷媒バイパス管を具備したので、冷媒ポンプが故障した場合でも、冷媒バイパス管に設けられた開閉弁を開状態にすることにより発熱体の冷却を確実に行い得る。
【００１４】
さらに、請求項４に係る冷却装置の運転方法は、発熱体に熱結合されて冷媒に吸熱させる吸熱器と、この吸熱器にて吸熱を行った冷媒を導き放熱させる放熱器と、この放熱器にて放熱が行われた冷媒を上記吸熱器に移送する第１冷媒移送管と、上記吸熱器からの冷媒を上記放熱器に移送する第２冷媒移送管と、上記第１冷媒移送管の途中に設けられた冷媒ポンプと、上記第１冷媒移送管に設けられた冷媒ポンプをバイパスする冷媒バイパス管と、この冷媒バイパス管の途中に設けられた開閉弁とが具備された冷却装置の運転方法であって、
上記冷媒ポンプが故障した際に、上記開閉弁を開き、吸熱器、放熱器並びにこれらの間に設けられた少なくとも第１冷媒移送管および冷媒バイパス管により得られるヒートパイプ機能を用いて冷却を続ける方法である。
【００１５】
上記の運転方法においても、開閉弁を開状態にすることにより、ヒートパイプ機能が得られて、上述した冷却装置と同様の効果が得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る冷却装置およびその運転方法を、図１に基づき説明する。
【００１７】
この冷却装置は、例えば大型コンピュータシステムのサーバに設けられているマイクロプロセッサ（ＣＰＵ，ＭＰＵ）などの半導体装置（発熱体の一例で、半導体素子ともいい、マイクロプロセッサ以外の部品で、例えばハードディスクなどであってもよい）を、冷媒（Ｒ１３４ａなどの代替フロンまたは水）を用いて冷却するためのものである。
【００１８】
この冷媒を使用した冷却装置は、図１に示すように、半導体装置１に熱結合されて、すなわちその表面に取り付けられて、内部に冷媒液を導き蒸発を行う［半導体装置にて発生した熱が冷媒に吸収（吸熱）される］蒸発室が形成された蒸発器（吸熱器の一例）２と、この蒸発器２からの冷媒蒸気（実際には、気液二相流の状態になっているが、以下、冷媒蒸気と称する）を凝縮室に導くとともに所定位置に設けられた放熱用ファン装置３により冷却されて［冷媒の持つ熱が放出（放熱）される］凝縮を行う凝縮器（放熱器の一例）４と、この凝縮器４にて凝縮された冷媒液を上記蒸発器２に移送する第１冷媒移送管５と、上記蒸発器２にて蒸発された冷媒蒸気を上記凝縮器４に移送する第２冷媒移送管６と、上記第１冷媒移送管５の途中に設けられて冷媒液を凝縮器４から蒸発器２に移送するための冷媒ポンプ７とから構成され、また上記第１冷媒移送管５の途中には、冷媒ポンプ７をバイパスする冷媒バイパス管８が設けられるとともに、この冷媒バイパス管８の途中には電磁開閉弁９が設けられている。なお、上記冷媒ポンプ７は、ポンプ本体７ａと、このポンプ本体７ａを駆動するための電動機７ｂとからなり、この電動機７ｂには電源１０が接続されている。また、上記蒸発器２の蒸発室は、例えば平面視が矩形状で且つ高さが数ミリ程度の空間部にされており、さらに上記凝縮器４については、例えばフィン付きのパイプが蛇行状に配置されたものが用いられた場合、そのパイプの内部が凝縮室となる。
【００１９】
また、この冷却装置には、冷媒ポンプ７の異常を検出するために、例えばその電源１０での異常［ポンプに異常が発生すると、電源（正確には、電動機であるが）に過電流が流れたり、ブレーカの作動により電流が流れなくなるなどの異常が現れる］を検出し得る異常検出器（異常検出手段）１１が設けられるとともに、この異常検出器１１にて検出されたポンプ異常検出信号を入力して、上記冷媒バイパス管８に設けられた電磁開閉弁９を開状態（開放）にさせる制御器（制御手段）１２が設けられている。
【００２０】
そして、さらに上記各冷媒移送管５，６および冷媒バイパス管８としては、冷媒ポンプ７が停止した場合でも、蒸発器２と凝縮器４との間で、冷媒が循環移動し得るヒートパイプ機能を発揮し得る構成が具備されている。具体的に説明すれば、管自体としては通常のステンレス管が用いられるとともに、蒸発器２側が凝縮器４側より高さ位置が低くなるように、または凝縮器４側と蒸発器２側とが同じ高さ位置となるように配管が行われ、これにより、蒸発器２にて蒸発した冷媒蒸気が管内の上方部を移動して凝縮器４側に自然に移動するとともに、凝縮器４にて凝縮した冷媒液が重力により管内の下方部を自然に蒸発器２側に移動することになる。なお、管が、凝縮器４側と蒸発器２側とで同じ高さ位置となるように配管されている場合には、蒸発器２側で冷媒液が蒸発して液が少なくなるとともに凝縮器４側では冷媒蒸気が凝縮して液が多くなるため、自然に、冷媒液は凝縮器４から蒸発器２に移動する。
【００２１】
次に、上記冷却装置における運転方法について説明する。
サーバが稼動している間は、当然に、半導体装置１が発熱している状態が続いており、したがって冷媒ポンプ７により冷媒液が第１冷媒移送管５を介して蒸発器２に移送され、ここで、半導体装置１にて発生した熱を奪い冷媒蒸気となる。すなわち、冷媒液の蒸発潜熱により、半導体装置１が冷却される。勿論、通常の状態では、冷媒バイパス管８の電磁開閉弁９は閉状態（閉鎖）にされている。
【００２２】
そして、蒸発器２にて発生した冷媒蒸気は第２冷媒移送管６を介して凝縮器４に導かれ、ここで放熱用ファン装置３からの送風により放熱が行われ、冷媒蒸気は冷媒液となり（凝縮され）、再び、冷媒ポンプ７により、第１冷媒移送管５を介して蒸発器２に移送されて、冷却サイクルが続行されることになる。
【００２３】
ところで、冷媒ポンプ７に故障が生じ、例えばポンプ本体７ａまたは電動機７ｂが停止した場合、電源１０に過電流が流れるかまたは全く流れなくなり、そのことが異常検出器１１により検出されると、当該異常検出器１１から異常検出信号が制御器１２に送られ、冷媒バイパス管８に設けられた電磁開閉弁９が開状態にされる。
【００２４】
電磁開閉弁９が開状態にされると、この冷媒バイパス管８が連通状態となり、少なくとも、当該冷媒バイパス管８を介して、蒸発器２からの冷媒蒸気が第１冷媒移送管５および冷媒バイパス管８内の上方部を介して凝縮器４側に移動するとともに、凝縮器４からの冷媒液が第１冷媒移送管５および冷媒バイパス管８内の下方部を蒸発器２側に移動し（ヒートパイプ機能が発揮される）、冷却サイクルが続行される。したがって、高い信頼性でもって半導体装置１の冷却を行うことができる。
【００２５】
なお、この冷媒バイパス管８を介しての冷却サイクルにおける冷却能力は、半導体装置１であるマイクロプロセッサが熱により異常動作を起こすことがない最低限度以上の能力にされているが、第２冷媒移送管６においても、この冷媒バイパス管８を含む第１冷媒移送管５と同様のヒートパイプ機能が発揮されるため、比較的大きい冷却能力が得られる。
【００２６】
勿論、冷媒ポンプ７の異常により、冷媒バイパス管８の電磁開閉弁９が開状態にされた場合には、例えば制御器１２からシステム管理センターにその旨の通報が成され、早急に、対策が施される。
【００２７】
特に、上記冷媒バイパス管８を設ける構成は、冷媒ポンプ７が故障により停止した際に、冷媒の流路が閉鎖されるような、例えば容積型のポンプである場合に好適である。しかしながら、ポンプが停止した場合でも、冷媒流路が閉鎖されないような軸流型のポンプである場合にも適用し得る。
【００２８】
ところで、上記実施の形態においては、各冷媒移送管５，６および冷媒バイパス管８としては、ステンレス管を使用するとともに、ヒートパイプ機能を具備させるように、その配管の姿勢（蒸発器側および凝縮器側での位置関係）を規定したが、例えば管部材として、本来のヒートパイプと同等の構成を有するもの、すなわち管内にウィックが配置されたものを用いることにより、上述したような配管姿勢の規定を緩和し得る。
【００２９】
また、上記実施の形態においては、冷媒ポンプ７の異常を検出するのに、その電動機７ｂ側での異常を検出するものとして説明したが、ポンプ本体７ａの回転状態を、例えば回転検出計などを用いて検出するようにしてもよい。
【００３０】
さらに、上記実施の形態においては、冷媒の蒸発・凝縮などの潜熱を利用して熱の授受を行う場合について説明したが、冷媒として水を用いた場合、その顕熱を利用して熱の授受が行われる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明の冷却装置の構成によると、吸熱器に熱結合された発熱体を、当該吸熱器と放熱器との間で冷媒を循環させて冷却する際に、放熱器からの冷媒を吸熱器に移送する第１冷媒移送管に設けられた冷媒ポンプをバイパスするとともに途中に開閉弁が設けられた冷媒バイパス管を具備したので、冷媒ポンプが故障した場合でも、冷媒バイパス管に設けられた開閉弁を開状態にすることにより発熱体の冷却を行うことができる。すなわち、発熱体をより確実に冷却することができ、したがってこの冷却装置を、例えば大型コンピュータシステムのサーバに設けられた半導体装置の冷却に用いた場合には、システム停止を防止することができる。
【００３２】
また、本発明の冷却装置の運転方法においても、開閉弁を開状態にすることにより、ヒートパイプ機能が得られて、上述した冷却装置と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る冷却装置の概略構成を示す図である。
【図２】従来例に係る冷却装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１      半導体装置
２      蒸発器
３      放熱用ファン装置
４      凝縮器
５      第１冷媒移送管
６      第２冷媒移送管
７      冷媒ポンプ
７ａ    ポンプ本体
７ｂ    電動機
８      冷媒バイパス管
９      電磁開閉弁
１１      異常検出器
１２      制御器
【図１】
2005019906.tif 000003
【図２】
2005019906.tif 000004